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Mecanismos genéticos básicos 2, Apuntes de Bioquímica

Mecanismos de reparación de ADN, recombinación genética, mutaciones,

Tipo: Apuntes

2022/2023

A la venta desde 16/08/2023

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Mecanismos geticos sicos
BLOQUE I
Mecanismos de reparación del ADN
El ADN de las células sufre una gran variación de daños:
-Agentes exógenos: Luz UV, radiaciones ionizantes, químicos mutagénicos.
-Daño por causas endógenas: oxidaciones, alquilaciones, desaminaciones, pérdida de bases, errores
en la replicación.
Existen cerca de 150 genes humanos que participan en la reparación del ADN.
Gracias a los sistemas de reparación, solo 1 de cada 1000 lesiones se convierte en una mutación.
Daños del ADN
-Apareamientos incorrectos: surgen de la incorporación ocasional de nucleótidos incorrectos. Se
corrigen fácilmente gracias a la actividad exonucleasa 3´5´ de la ADN polimerasa.
-Tautomerización: Los errores más frecuentes de la replicación surgen de la tautomerización. La
tautomerización de las bases nitrogenadas consiste en el equilibrio entre las formas amino e imino y
ceto y enol. Produce apareamientos incorrectos.
Por ej: la adenina existe principalmente en su forma amino y se aparea con timina, pero si se aparea
en su forma imino lo hará con una citosina, entonces, básicamente ambas formas pueden aparecer
en el ADN solo que la amino y ceto son las que conocemos.
Cuando una forma “buena” se aparea con una “rara” se producen estos errores C-A o T-G.
-Bases anormales: surgen de la desaminación espontánea, alquilación o exposición a radicales libres.
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Mecanismos genéticos básicos

BLOQUE I

Mecanismos de reparación del ADN

El ADN de las células sufre una gran variación de daños:

  • Agentes exógenos: Luz UV, radiaciones ionizantes, químicos mutagénicos.
  • Daño por causas endógenas: oxidaciones, alquilaciones, desaminaciones, pérdida de bases, errores en la replicación. Existen cerca de 150 genes humanos que participan en la reparación del ADN. Gracias a los sistemas de reparación, solo 1 de cada 1000 lesiones se convierte en una mutación. Daños del ADN
  • Apareamientos incorrectos: surgen de la incorporación ocasional de nucleótidos incorrectos. Se corrigen fácilmente gracias a la actividad exonucleasa 3´5´ de la ADN polimerasa.

- Tautomerización: Los errores más frecuentes de la replicación surgen de la tautomerización. La

tautomerización de las bases nitrogenadas consiste en el equilibrio entre las formas amino e imino y ceto y enol. Produce apareamientos incorrectos. Por ej: la adenina existe principalmente en su forma amino y se aparea con timina, pero si se aparea en su forma imino lo hará con una citosina, entonces, básicamente ambas formas pueden aparecer en el ADN solo que la amino y ceto son las que conocemos. Cuando una forma “buena” se aparea con una “rara” se producen estos errores C-A o T-G.

  • Bases anormales: surgen de la desaminación espontánea, alquilación o exposición a radicales libres.

Las células tienen mecanismos de reparación para corregir la mayoría de estas modificaciones.

  • Ausencia de bases: ocurren por rotura espontánea de enlaces glicosídicos.
  • Dímeros de pirimidinas: se forman cuando el ADN es expuesto a la luz UV o podemos encontrar aductos con benzoapireno, que es un componente del humo del tabaco. Generan distorsión en la hebra.
  • Lesiones del esqueleto: ocurren por la exposición a radiaciones ionizantes, radicales libres, etc. Formación de dímeros de pirimidinas inducida por luz UV: Rotura de enlaces covalentes (bases o esqueleto fosfo-azúcar) por radiación ionizante (rayos X y ). Alteraciones más difíciles de corregir. Las células tienen mecanismos de reparación para corregir algunas de estas modificaciones. Mecanismos de reparación en eucariotas Además de la precisión en la replicación, la fidelidad de la información génica de las células se mantiene mediante distintos mecanismos de reparación del ADN.
  • Reparación de apareamientos incorrectos
  • Reparación directa
  • Reparación por escisión: base o nucleótido
  • Reparación por recombinación
  • Reparación translesión Precisión de la replicación En E. coli se comete un error cada 109 -1010 nucleótidos incorporados (cada 1000 a 10000 replicaciones).
  • Las ADN polimerasas insertan un nucleótido incorrecto cada 104 -105 nucleótidos incorporados.
  • Causa más frecuente: que la base se encuentre en una forma tautomérica infrecuente. En su gran mayoría se corrige por la actividad correctora de pruebas de las ADN polimerasas.
  • La selección de bases y la actividad correctora de pruebas combinadas hacen que se cometa un error cada 106 -108 bases añadidas. Se necesita de una hebra molde Cuando se produce la ruptura de las 2 cadenas de ADN donde perdemos un molde se recurre a estas reparaciones.
  1. Reparación directa Ocurre en eucariotas. Por ejemplo la metilación de la guanina en el oxígeno 6 o metilguanina que en vez de aparearse con citosina lleva al apareamiento con la timina, para la desmetilación de esa guanina existe una proteína que se llama la metiltransferasa que lo que hace es autometilarse, se transfiere ese metilo de la guanina a su sitio activo a un residuo cisteína dejando al residuo guanina sin su metilo. La desventaja que tiene este mecanismo es que es muy caro porque una vez que la enzima se metila, esta queda inactiva.
  2. Reparación por escisión de bases
  • Reconoce bases defectuosas o ausentes
  • DNA glucosilasas generan sitios AP (apurínicos o apirimidínicos)
  • Una endonucleasa (endonucleasa AP), y una exonucleasa cortan la estructura básica azúcarfosfato en la posición de la base faltante y eliminan el residuo azúcar- fosfato.
  • ADN polimerasa rellena la brecha
  • ADN-ligasa sella la muesca
  1. Reparación por escisión de nucleótidos
  • Reconoce grandes distorsiones en la doble hélice (dímeros de timidina, aductos de benzo[a]pireno, etc).
  • El mecanismo comprende la remoción de un segmento de ADN grande (24-32 nt) por excinucleasas alrededor de la lesión. Múltiples genes “XP” asociados.
  • La brecha es rellena por DNA polimerasa  y DNA ligasa.
  • Defectos en este tipo de reparación originan la enfermedad autosómica recesiva xerodermia pigmentosa: sensibilidad a la luz, lesiones cutáneas y cáncer de piel.
  • Reparación acoplada a la transcripción: TFIIH recluta proteínas de NER a la lesión.
  1. Reparación por recombinación: repara roturas bicatenarias recuperando la información de cromosomas homólogos (opera cuando la célula ya tiene sintetizado los homólogos: no antes de la fase S).
  1. Reparación translesión: caso de una ADN pol que se encuentra con una lesión no reparada. Se utilizan ADN polimerasas de baja fidelidad (polimerasas de translesión) que copian a través del sitio de la lesión de una manera que no depende del apareamiento de bases entre el ADN molde y la cadena neosintetizada (sintetiza sin “leer” un molde). La familia TLS incluye ADN pol η (eta), β, ι (iota) y λ. Es el reordenamiento de la información genética dentro y entre moléculas de DNA. Funciones de los sistemas de recombinación genética:
  • Participan en sistemas de reparación de DNA especializados.
  • Regulan la expresión de ciertos genes.
  • Contribuyen a la segregación correcta de los cromosomas durante la división celular en los eucariotas.
  • Mantienen la diversidad genética.
  • Participan en el reordenamiento genético programado durante el desarrollo embrionario. Existen al menos 3 clases:
  1. Recombinación genética homóloga: consiste en el intercambio genético entre 2 moléculas de DNA que comparten una región extensa de secuencia casi idéntica. A. Crossing over (recombinación durante la meiosis):
  • Proporciona una unión física transitoria entre las cromátidas que es necesaria para la segregación ordenada de los cromosomas en la 1ª división celular meiótica.
  • Aumenta la diversidad genética de una población. B. Reparación de horquillas bloqueadas:
  • Contribuye a la reparación de varios tipos de lesiones del DNA.

Recombinación génica

  1. Recombinación genética homóloga
  2. Recombinación específica de sitio
  3. Transposición de DNA

La recombinación específica de sitio puede generar 3 tipos diferentes de reordenamiento del DNA:

  1. Transposición de DNA: Los transposones son segmentos de DNA, presentes en casi todas las células, que se mueven o “saltan” de un lugar del cromosoma (el sitio dador) a otro en el mismo o diferente cromosoma (el sitio receptor). El movimiento puede producirse con duplicación del elemento o sin ésta. Generalmente existe baja selectividad de secuencia para este movimiento. Consecuencias de la transposición:
  • pueden insertase dentro de genes, con la supresión completa de la función génica.
  • pueden insertarse dentro de las secuencias reguladoras de un gen donde su presencia conduce a la aparición de cambios en la forma en que el gen se expresa. Ejemplo de como este transposon se puede mover sin duplicación o puede ser transladado a otro sitio nuevo con la duplicación de su secuencia. Hay retrotransposores que se sintetizan y después por retrotranscriptasas se transcriben a ARNm y se genera un ADN nuevo que puede ser insertado en la región para después poder replicarse.
  • Una mutación se define como cualquier cambio permanente en la secuencia de nucleótidos o en la organización del DNA.
  • Las mutaciones espontáneas ocurren a muy baja tasa.
  • Baja frecuencia en la población (<1%).
  • Pueden ocurrir en cualquier tejido/célula de un organismo.

Mutaciones

Clasificaciones:  Según la supervivencia del individuo portador: letales, subletales, supervitales, etc.  Según el tejido donde ocurren: somáticas o germinales (se transmiten).  Según la extensión del cambio originado. Las mutaciones pueden clasificarse en 3 categorías:

  1. Mutaciones genómicas: mutaciones que afectan el número de cromosomas de la célula, que se originan de errores en la segregación de los cromosomas durante la mitosis o meiosis. Ej: trisomía del par 21 (síndrome de down).
  2. Mutaciones cromosómicas: mutaciones que alteran la estructura de un cromosoma en concreto, como las duplicaciones o triplicaciones parciales, deleciones, inversiones, translocaciones, que pueden ocurrir de manera espontánea o ser el resultado de una segregación anómala de un cromosoma translocado durante la meiosis.
  3. Mutaciones génicas: mutaciones que alteran genes en concreto mediante una modificación pequeña (un solo nucleótido) o cambios que pueden afectar millones de bases. Estas mutaciones se originan mediante dos mecanismos básicos: errores producidos durante el proceso normal de replicación del DNA o por un fallo en la reparación del DNA dañado. Las mutaciones génicas pueden clasificarse en:  Mutación con cambio de sentido: se sustituye un nucleótido por otro, el nuevo codón no codifica para el mismo aminoácido. Este cambio puede ocasionar una proteína igualmente funcional o una proteína incapaz de cumplir su función, dependiendo de dónde se ubique el aminoácido en cuestión en la proteína madura.  Mutación sin sentido: se sustituye un nucleótido por otro y el nuevo codón resulta ser un codón stop. También puede ocurrir que un codón stop se convierta en un codón codificante. Así se obtendrán proteínas más cortas o más largas que las originales, con una pérdida de función.  Mutación con corrimiento del marco de lectura: una deleción o inserción de uno o dos nucleótidos causa el corrimiento del marco de lectura. La proteína resultante será no-funcional.  Mutaciones silenciosas cuando se cambia un par de bases pero el codón codifica para el mismo aminoácido.  Mutación neutra se cambia un aminoácido por otro con similares propiedades químicas. En este ejemplo se cambia Lys por Arg.